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基于DSP和CPLD的金属磁记忆检测仪设计

发布时间:2020-07-07 发布时间:
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摘要:设计了一种以DSP+CPLD为控制核心的高性能金属记忆检测仪,用以快速检测铁磁材料的漏磁信号,判断材料应力集中区域。文中简述了磁记忆检测仪的主要电路及其工作原理,重点介绍了系统的硬件和软件设计。该检测仪利用DSP快速的运算处理能力,以及CPLD高效的逻辑控制和时序协调功能,保证了系统的快速信号采样、高速数据处理和实时信号显示。
关键词:数字信号处理器;复杂可编程逻辑器件;金属记忆

0 引言
金属磁记忆检测技术自提出后一直具有良好的应用前景,但其理论研究的不足是制约该技术应用和发展的一大瓶颈,现有的理论研究认为,铁磁材料结构表层的隐性缺陷会产生法向磁场分量过零值点,使得切向磁场分量取最大值。据此市场上一些检测仪就是以法向磁场分量过零值点来判断铁磁材料应力集中区域。现今,国内外一些学者在此基础上做更多的研究,有一部分学者,通过测量磁场信号,得到了磁场梯度,根据磁场梯度来判断磁记忆损伤程度;另有一些学者,通过小波变换对采集的磁场信号进行抑制细节系数、小波指数下降消噪等多种方法的分析处理,利用多种特征量对应力集中进行定性和定量的综合判断,来提高对铁磁性金属构件疲劳损伤的识别率。
总之,这些方法都是在测量到铁磁材料漏磁信号的基础上建立的,本文设计的金属磁记忆检测仪是以DSPCPLD为核心的嵌入式设备检测系统,由于DSP艺芯片处理速度快,能对实时采集数据进行高速处理,但DSP芯片资源、接口都有限,与外设的配合常常面临接口复用、时序配合等要求。为减少DSP因对片外模块进行控制、通信等所带来的时间开销,高效发挥DSP的数据处理能力,本文实现了一种基于CPLD的外围控制枢纽,协助DSP芯片完成外设的逻辑控制和时序协调,保证了DSP芯片的数据处理速度。

1 硬件接口设计
系统中DSP采用的是TI公司的TMS320F28335处理器,CPLD采用的是ALTERA公司的EPM570,传感器选用的是HONEYWELL公司的HMC1052磁阻传感器,液晶显示屏选用的是深圳旭升达电子厂生产的HW480272F-0L-0A型号TFT液晶显示屏。
系统整体实现流程为:传感器采集铁磁性零件表面的磁记忆信号,DSP通过内部自带AD转换器,对传感器的信号进行快速采集、高速处理、提取特征信号后,DSP通过总线方式将信号传给CPLD,CPLD将波形显示信号存入显存SRAM中,然后再将SRAM中存储的TFT显示屏的一帧波形数据在TFT屏上用波形显示,因此一旦屏上波形出现过零点,即可判断此处存在应力集中。为了方便系统的人机交流,系统中增加了按键和蜂鸣器,按键负责系统相关参数的设定,当检测到应力集中区域时,蜂鸣器负责报警。


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